بتن ریزی در هوای سرد: راهنمای کامل محافظت از بتن در فصل سرما

بتن ریزی در هوای سرد یکی از چالش های پیش روی مهندسین مجری و پیمانکاران در پروژه‌ها می‌باشد. شرایط بتن ریزی در هوای سرد به شرایطی گفته می‌شود که در آن دمای هوا زیر 5 درجه‌ی سانتی‌گراد باشد. در این شرایط باید قبل از بتن ریزی نکاتی را در کارگاه رعایت کنیم و پیش بینی‌های لازم را جهت بتن ریزی در هوای سرد انجام دهیم. در ادامه اقدامات لازم قبل و بعد از بتن ریزی در هوای سرد را بررسی خواهیم کرد. بتن ریزی در هوای بارانی نیز شرایط خاصی دارد که میتوانید مطالعه کنید.

اقدامات و الزامات قبل از بتن ریزی در هوای سرد

1. چک کردن پیش‌بینی دمای هوا و وضعیت بارندگی روز قبل از بتن ریزی
2. تامین تجهیزات مورد نیاز زیر در کارگاه:
   • دماسنج: جهت کنترل دما
   • پوشش‌های محافظتی: عایق‌های حرارتی سطحی
   • وسایل محفوظ کردن اطراف بتن: برای جلوگیری از باد سرد در زمستان
   • وسایل گرمایشی: بخاری گازی یا نفتی و هیتر برقی و …
   • افزودنی زودگیر بتن و ضد یخ بتن
3. پاکسازی قالب‌ها و آرماتورها از برف و یخ و آب باران
4. دمای هر فلزی که قرار است با بتن در تماس باشد، باید بالای صفر باشد، زیرا احتمال یخ زدن بتن در آن قسمت وجود خواهد داشت. می‌توان با استفاده از شعله نسبت به گرم کردن قطعات فلزی اقدام کرد.
5. ریختن بتن روی بتن یا زمین یخ زده ممنوع می‌باشد. به عنوان مثال باید از ریختن بتن فونداسیون روی بتن مگر یخ زده اجتناب کرد.
6. دمای بتن باید طبق جدول 7-7 آیین نامه‌ی آبا باشد. در این جدول دمای حداقل و حداکثر بتن در زمستان بلافاصله بعد از تولید و بعد از جای‌گیری در قالب، بیان شده است.

جدول 7-7 آیین‌نامه‌ی آبا – حداقل دمای بتن، درجه‌ی سلسیوس

حداقل اندازه مقطع عضو بتنی، متر				شرایط
بیشتر از 1.8	بین 0.9 تا 1.8	بین 0.3 تا 0.9	کمتر از 0.3
5	7	10	13	حداقل دمای بتن در هنگام بتن‌ریزی و در دوره‌ی حفاظت
				حداقل دمای بتن پس از مخلوط کردن
7	10	13	16	برای دمای هوای بیش از صفر درجه
10	13	16	18	بین صفر تا -15 درجه
12	15	18	20	کمتر از -15 درجه

اقدامات و الزامات لازم بعد از بتن‌ریزی در هوای سرد

بعد از این‌که بتن‌ریزی در شرایط هوای سرد انجام شد، حتما باید نکاتی را رعایت کنیم تا بتن به مقاومت برسد و در هوای سرد دچار آسیب نشود در ادامه 5 اقدام مهم و هم‌چنین روش‌های محافظت از بتن در فصل زمستان را باهم بررسی خواهیم کرد.

کاهش میزان آب بتن و ریختن بتن با اسلامپ پایین‌تر

آب روی سطح بتن که از ماله‌کشی روی بتن به وجود می‌آید (آب‌انداختگی سطحی)، به دلیل این‌که زمان بیشتری روی سطح و در هوای سرد می‌ماند، احتمال یخ‌زدگی آن آب وجود دارد.پس با کاهش میزان آب بتن از ابتدا می‌توان احتمال رو زدگی آب و یخ‌زدگی آب رو زده را کاهش داد. (نکته: اگر در فصل زمستان از مواد حباب هواساز در بتن استفاده می‌کنیم، بهتر است از ماله‌های منیزیمی استفاده کنیم. چرا؟)

آب ندادن به بتن در هوای سرد

عمل‌آوری بتن در زمستان با تابستان متفاوت است. در زمستان برعکس تابستان نباید به بتن آب داد، چرا که آب دادن به بتن ممکن است باعث کاهش مقاومت بتن نیز بشود.(به خاطر بالا رفتن درصد اشباع بتن از حد اشباع بحرانی و بالا رفتن احتمال یخ زدگی بتن)

محافظت از بتن در هوای سرد

در هوای سرد باید اقداماتی تحت عنوان محافظت از بتن انجام گیرد تا بتن به مقاومت مطلوب و بلوغ برسد. در ادامه 4 روش اصلی محافظت از بتن در سرما را بیان خواهیم کرد:

گرم کردن بتن

بهترین راهکار برای جلوگیری از یخ زدن بتن، گرم کردن بتن است. برای گرم کردن بتن باید نکات زیر مورد توجه قرار گیرد.

• استفاده از وسایل گرمایشی دودزا ممنوع: اگر از وسایل گرمایشی دودزا استفاده می‌کنیم باید دی اکسید کربن از طریق دود‌کش به بیرون یا فضای دیگری انتقال پیدا کند تا بتن کربناته نشود.
• عدم استفاده از آتش مستقیم: از آتش مستقیم نباید با عضو بتنی در تماس باشد.
• جلوگیری از خشک شدن سریع بتن: نباید گرم کردن بتن موجب خشک شدن سریع بتن شود چرا که باعث جمع شدگی و کاهش مقاومت ناشی از شوک حرارتی می‌گردد.

ایجاد پوشش عایق روی بتن 

بیشترین گرمای ناشی از هیدراتاسیون بتن در 3 روز اول تولید می‌شود. برای همین ممکن است نیازی به گرمای خارجی نباشد، اگر با پوششی گرمای خود بتن حفظ شود. برای ایجاد پوشش و پتوهای عایق روی بتن باید نکات زیر مورد توجه قرار گیرد.

• استفاده از فوم پلی استایرن – یونولیت: از این فوم‌ها می‌توان به عنوان عایق روی بتن استفاده کرد و آن را روی بتن چسباند.
• استفاده از فوم پلی اورتان: برای ایجاد پوشش عایق روی بتن می‌توان از فوم پلی اورتان به صورت پاششی استفاده کرد.
• استفاده از پتوهای عایق: برای پوشاندن و عایق کردن بتن از سرما می‌توان از فوم پلی اتیلن و پلی پروپیلن به عنوان پتوی عایق استفاده کرد.
• استفاده از موادی که بعد از جذب آب عایق خوبی نیستند ممنوع: موادی مانند پشم شیشه، پشم سنگ، الیاف سلولزی، پوشال و کاه برای عایق کردن بتن در سرما توصیه نمی‌گردد.

زودگیر کردن بتن

یکی از راه‌های مراقبت از بتن در فصل سرما، زودگیر کردن بتن است تا بتن فرصت یخ زدن را نداشته باشد و زودتر به مقاوت برسد و آب درون بتن صرف هیدراتاسیون شود. برای زودگیر کردن 5 روش وجود دارد:

1. استفاده از افزودنی‌های زودگیر بتن و ضد‌یخ بتن
2. کاهش مقدار آب به سیمان با استفاده از مصرف روان کننده‌ بتن (روان‌کننده‌های زودگیر قطعا گزینه‌ی مناسب‌‌تری هستند)
3. افزایش مقدار سیمان (حدودا 50 کیلو نسبت به قبل)
4. استفاده از سیمان نوع 3 و یا نوع 1، 425 و 525
5. افزایش دمای بتن در دوره‌ی حفاظت (با حفظ رطوبت بتن)

ایجاد محفظه‌ای برای بتن

این کار موثرترین و گران‌ترین روش است. بیشترین اثر این روش برای مقابله با باد سرد است. چرا که باد سرد زمستان یکی از عوامل مهم در کاهش دما و رطوبت بتن است.

مانیتور کردن و اندازه‌گیری دمای بتن در سطح قالب‌بندی نشده و گوشه‌ها

اندازه‌گیری دمای بتن در نقاط حساس باید 3 دوبار در طول شبانه روز انجام شود.

برداشتن محافظت به صورت تدریجی

محافظت‌های بتن در پایان دوره‌ی محافظت باید به صورت تدریجی و طی 24 ساعت برداشته شوند تا بتن دچار شوک حرارتی نشود. یکی از دغدغه‌های اصلی در فصل زمستان این است که بعد از این‌که بتن‌ریزی انجام شد، تا چه زمانی باید از بتن مراقبت کنیم.

چه زمانی می‌توان محافظت از بتن در هوای سرد را برداشت؟

یک قانون کلی برای مدت زمان محافظت از بتن در شرایط هوای سرد وجود دارد.

1. اگر بتن اشباع باشد: اگر بتن اشباع باشد باید مقاومت بتن تا ۲۵ مگاپاسکال برسد تا بتوان محافظت را از روی بتن برداشت. یعنی محافظت از بتن در برابر سرما باید تا زمانی ادامه پیدا کند که مقاومت بتن به ۲۵ مگاپاسکال رسیده باشد و بعد از آن می توان محافظت را از روی بتن برداشت چراکه دیگر در دغدغه‌ای برای کاهش مقاومت بتن وجود ندارد و بتن می‌تواند خود را در برابر سرما حفظ کند.
2. اگر درجه اشباع بتن زیر درجه اشباع بحرانی (حدود ۸۰ درصد) باشد: اگر درجه اشباع بتن زیر ۸۰ درصد باشد محافظت از بتن در دمای سرد باید تا زمانی ادامه پیدا کند که مقاومت بتن ۵ مگاپاسکال رسیده باشد و بعد از کسب مقاومت بتن به اندازه ۵ مگاپاسکال دیگر دغدغه‌ای بابت کاهش مقاومت بتن و آسیب دیدن بتن در هوای سرد وجود نخواهد داشت.

  نکته: چرا ۵ مگاپاسکال؟ زیرا وقتی بتن به مقاومت پنج مگاپاسکال می‌رسد بخشی از رطوبت صرف هیدراتاسیون می‌شود و این باعث می‌شود به درجه اشباع بتن زیر درجه اشباع بحرانی (۸۰ درصد) برسد پس خطر یخ‌زدگی بتن کاهش پیدا می‌کند. معمولا در پروژه‌ها چون بتن اشباع نیست و رطوبت خارجی به بتن اضافه نمی‌شود (نباید اضافه شود)، هنگامی که بتن به ۵ مگاپاسکال برسد به این معنی‌ است که درصد رطوبت بتن به زیر ۸۰ درصد رسیده است و می‌توان محافظت را از روی بتن برداشت.  

۴ راهی که می‌توان تشخیص داد بتن در سازه به ۵ مگاپاسکال رسیده است یا نه؟

1.  از نظر تجربی معمولاً بتن در کارگاه بعد از گذشت ۴۸ ساعت به ۵ مگاپاسکال می‌رسد، البته این را آیین نامه‌ها و استانداردهای معتبر دنیا نیز تایید می کنند.
2. روش دوم تست آزمونه‌های کارگاهی (آزمونه‌های آگاهی) است در این روش هم‌زمان با بتن ریزی نمونه‌های مکعبی بتن پر شده و در همان شرایط محیطی در کنار بتن سازه نگهداری می‌شود؛ مثلاً می‌توان بعد از گذشت ۴۸ ساعت آزمونه‌های آگاهی را مورد آزمایش قرار داد. اگر آزمونه‌ها به مقاومت ۵ مگا پاسکال رسیده بود، می‌توان نتیجه گرفت که بتن سازه نیز به مقاومت ۵ مگا پاسکال رسیده است و می‌توان محافظت را از روی بتن برداشت.
3. سومین روش برای تخمین مقاومت بتن در سازه استفاده از روش‌های غیر مخرب است. آزمایش چکش برجهندگی یا همان چکش اشمیت و آزمایش فراصوت یا التراسونیک آزمایش‌های رایج در این زمینه هستند.
4. چهارمین روش، روش پژوهشی-آماری است که باید رابطه‌ای بین نمونه استوانه‌ای در کارگاه و در شرایط استاندارد به دست آورد. این کار نیازمند کار پژوهشی قبلی بوده تا رابطه مناسبی برای پروژه مد نظر به دست آید و قابل استفاده باشد.

  استفاده از روش‌های فوق برای تشخیص این است که بتن به مقاومت ۵ مگا پاسکال رسیده است یا خیر، تا بعد از آن بتوان محافظت در برابر سرما را از روی بتن برداشت. نکته مهم آن است که برداشتن محافظت از روی بتن باید به تدریج و طی ۲۴ ساعت انجام گیرد تا موجب وارد شدن شوک حرارتی به بتن نگردد.  

زمان محافظت از بتن در برابر سرما از نظر استاندارد ACI

جدول زیر در استاندارد ACI 306R-16 زمان محافظت از بتن را طبق شرایط بارگذاری و ذوب و یخبندان از ۱ تا ۶ روز پیشنهاد می‌دهد.

نکته: عدد ۵ مگا پاسکال که در بالا ذکر شد در استاندارد آمریکا (ACI) ۳.۵ مگاپاسکال می باشد اما در آیین نامه آبا این عدد ۵ مگا پاسکال ذکر شده است.

۴ عامل کاهش مقاومت بتن در زمستان

۱) یخ زدن آب

یخ زدن آب در بتن باعث می‌شود دو اتفاق در بتن رخ دهد تا کاهش مقاومت را در بتن شاهد باشیم:

1.  آب کافی مورد نیاز برای هیدراتاسیون بتن را از بتن می‌گیرد و از هیدراتاسیون سیمان جلوگیری می کند که این باعث کاهش مقاومت در بتن می گردد.
2. افزایش حجم آب زیر دمای ۴ درجه باعث انبساط پیشرونده ماتریس خمیر سیمان می گردد که این امر نیز باعث پوک شدن بتن از درون شده و کاهش مقاومت را نتیجه می‌دهد.

نکته: حشرات در زمستان دو کار می‌کنند که باعث می‌شود یخ نزنند:

1. عامل یخ زدن در زمستان آب است حشرات در فصل سرما آب بدن خود را کاهش داده و به این وسیله خطر یخ زدگی خود را کاهش می‌دهند
2. خداوند در در خون حشرات ضد‌یخ طبیعی قرار داده است که باعث می‌شود در فصل سرما یخ نزنند.

دو عامل بالا باعث می‌شود که حشرات بتوانند در زمستان جان سالم به در ببرند وگرنه حشرات با این ابعاد کوچک حتماً در زمستان یخ می‌زدند.

۲) کاهش دمای هوا و محیط

کاهش دمای هوا و محیط باعث می‌شود که رشد مقاومت بتن کم شود. این کاهش مقاومت در سنین اولیه خود را بیشتر نشان می‌دهد اما در نهایت مقاومت ۲۸ روزه بتن مشابه در فصل زمستان کمتر از مقاومت ۲۸ روزه همان بتن در فصل تابستان است.

۳) تغییرات دمایی در المان بتنی

در هوای سرد سطح بیرونی بتن در معرض سرما قرار دارد و درون بتن در معرض گرمای ناشی از هیدراتاسیون قرار می‌گیرد این اختلاف دما بین سطح بیرونی و داخل بتن باعث کاهش مقاومت کلیه بتن در سازه می‌گردد.

۴) یخ زدن آب سطح بتن، بعد از پرداخت

وقتی پرداخت روی بتن انجام می‌شود بالازدگی آب به وجود می‌آید، آب روی سطح بتن در معرض یخ‌زدگی قرار دارد. با یخ زدن آب روی بتن مقاومت سایشی بتن به شدت کاهش پیدا می‌کند. این برای بتن‌های کف‌سازی خیلی مهم است و حتی در سایر بتن‌ها نیز ممکن است موجب پوسته‌پوسته‌شدن سطح بتن گردد. تمام چهار عامل فوق علاوه بر کاهش مقاومت بتن در زمستان با عکس کاهش دوام بتن نیز در فصل سرما می گردد.

انواع بخاری برای گرم کردن بتن در زمستان و هوای سرد

1) بخاری گازی معمولی

2) بخاری‌های سمندری

3) بخاری نفتی معمولی

4) هیترهای غیر مستقیم

5) لامپ‌های حرارتی یا بخاری‌های برقی

6) گرمایش داخلی بتن

7) بخاری بخاری

دمای بتن در زمستان چقدر باید باشد؟

هر چه حداقل بعد قطع بتن بزرگ‌تر باشد با سرعت کم‌تری گرمای خود را از دست می‌دهد و در نتیجه افزایش دمای بیش‌تری در بتن ناشی از گرمازایی آن رخ می‌دهد؛ بنابراین در شرایط بتن‌ریزی در هوای سرد می‌توان برای مقاطع بزرگ‌تر حداقل دمای کم‌تری را برای بتن‌ریزی در نظر گرفت. حداقل دمای مخلوط بتن پس از تولید آن و عوامل مختلفی از جمله مدت هم معطلی و نوع وسیله حمل ارتباط دارد در این جدول فرض شده است که از کامیون مخلوط‌کن برای حمل بتن به مدت یک ساعت استفاده می‌گردد. پرواضح است که اولویت با رعایت حداقل دمای بتن در هنگام بتن‌ریزی خواهد بود. اگر دمای بتن به میزان قابل توجهی بیشتر از مقادیر ردیف اول جدول ۷-۷ شد لزوماً منجر به حفاظت طولانی‌تر در مقابل یخ زدگی نمی‌شود، زیرا افت حرارت در اختلاف دمای بیش‌تر افزایش می‌یابد منظور از اختلاف دما تفاوت دمای هوا و بتن است.

هم‌چنین با افزایش بیش از حد دمای مخلوط بتن نیاز به آب بیشتری در مخلوط وجود دارد و نرخ افت اسلامپ افزایش خواهد یافت علاوه بر این افت سریع رطوبت از سطوح دال‌ها ممکن است سبب ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی خمیر سیمان شود. توصیه می‌شود دمای بتن در هنگام تولید و ریختن نزدیک به حداقل دمای مجاز باشد تا بتوان از مزایای بهبود کیفیت بتن در دمای پایین بهره برد. نکته: دمای مخلوط بتن در هنگام بتن‌ریزی نباید بیش از ۱۱ درجه سلسیوس از دما های ذکر شده در جدول ۷-۷ و دمای بتن پس از مخلوط‌ کردن نباید بیش از ۸ درجه سلسیوس از دمای ذکر شده در جدول ۷-۷ بالاتر باشد. در هر صورت بتن‌ریزی نباید در دمای کم‌تر از منفی ۱۵ درجه سلسیوس انجام شود مگر این‌که دستگاه نظارت با استفاده از قضاوت مهندسی در آن پروژه خاص آن را مجاز بداند.